EMPREGO DE ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS E DE EXTRAÇÃO DE
TESTEMUNHOS NA AVALIAÇÃO DA RESISTÊNCIA À
COMPRESSÃO DO CONCRETO
MARIA DEL PILAR GUZMAN PALACIOS
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO EM ESTRUTURAS
E CONSTRUÇÃO CIVIL
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL
FACULDADE DE TECNOLOGIA
UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA
FACULDADE DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL
EMPREGO DE ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS E DE EXTRAÇÃO
DE TESTEMUNHOS NA AVALIAÇÃO DA RESISTÊNCIA À
COMPRESSÃO DO CONCRETO
MARIA DEL PILAR GUZMAN PALACIOS
ORIENTADOR: ELTON BAUER
DISSERTAÇÃO DE MESTRADO EM ESTRUTURAS
E CONSTRUÇÃO CIVIL
PUBLICAÇÃO: E.DM-007A/12
BRASÍLIA/DF ABRIL - 2012
UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA
FACULDADE DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL
EMPREGO DE ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS E DE EXTRAÇÃO
DE TESTEMUNHOS NA AVALIAÇÃO DA RESISTÊNCIA À
COMPRESSÃO DO CONCRETO
MARIA DEL PILAR GUZMAN PALACIOS
DISSERTAÇÃO
SUBMETIDA
AO
DEPARTAMENTO
DE
ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL DA FACULDADE DE
TECNOLOGIA DA UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA COMO PARTE
DOS REQUISÍTOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU
DE MESTRE EM ESTRUTURAS E CONSTRUÇÃO CIVIL.
APROVADA POR:
_________________________________________________
Prof. Elton Bauer, Dsc. (UnB)
(Orientador)
_________________________________________________
Prof. Antonio Alberto Nepomuceno, Dr.Ing. (UnB)
(Examinador Interno)
_________________________________________________
Prof. Ivo José Padaratz, Ph.D. (UFSC)
(Examinador Externo)
FICHA CATALOGRÁFICA
PALACIOS, MARIA DEL PILAR GUZMAN
Emprego de Ensaios Não Destrutivos e de Extração de Testemunhos na Avaliação da Resistência à Compressão do Concreto.[Distrito Federal] 2012.
xviii, 165p, 210 x 297 mm (ENC/FT/UnB, Mestre, Estruturas e Construção Civil, 2012). Dissertação de Mestrado – Universidade de Brasília. Faculdade de Tecnologia. Departamento de Engenharia Civil e Ambiental.
1. Ensaios Não Destrutivos 2. Resistência à compressão 3. Testemunhos 4. Concreto
I. ENC/FT/UnB II. Título (série)
REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA
PALACIOS, M.P.G (2012). Emprego de Ensaios Não Destrutivos e de Extração de Testemunhos na Avaliação da Resistência à Compressão do Concreto. Dissertação de Mestrado em Estruturas e Construção Civil, Publicação E.DM-007A/12, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Universidade de Brasília, Brasília, DF, 165p.
CESSÃO DE DIREITOS
AUTORA: María del Pilar Guzmán Palacios
TÍTULO: Emprego de Ensaios Não Destrutivos e de Extração de Testemunhos na Avaliação da Resistência à Compressão do Concreto.
GRAU: Mestre ANO: 2012
É concedida à Universidade de Brasília permissão para reproduzir cópias desta dissertação de mestrado e para emprestar ou vender tais cópias somente para propósitos acadêmicos e científicos. O autor reserva outros direitos de publicação e nenhuma parte dessa dissertação de mestrado pode ser reproduzida sem autorização por escrito do autor.
____________________________ María del Pilar Guzmán Palacios
SQN 406 Bloco A Apartamento 106 Asa Norte. CEP 70847-010 Brasília/DF, Brasil.
Aos meus pais, pelo incentivo e apoio ao longo de toda minha formação pessoal e profissional.
A meus irmãos, que sempre me animaram a continuar. A Meu amor pela paciência e compreensão da minha ausência.
AGRADECIMENTOS
Agradeço em primeiro lugar a Deus pela saúde e perseverança concedida para que eu pudesse culminar esta etapa da minha vida.
Aos meus pais, Carlos Alberto e Julia, a quem devo tudo o que sou por serem exemplos de vida nos quais sempre me espelhei. Á minha irmã, Anita e meu irmão Andrés, obrigada pelo apoio e tanto amor. Meu amor Leonardo pela ajuda e motivação constante em todo momento.
Ao meu orientador, Professor Elton Bauer pela paciência, apoio e ensinamentos transmitidos nesses dois anos, pela dedicação e confiança depositada.
Aos professores e colegas do Programa de Pós-Graduação em Estruturas e Construção Civil da Universidade de Brasília. Em especial aos meus amigos Alejandro e Paola, companheiros de luta constante.
Ao Laboratório de Ensaio de Materiais pela disponibilidade de equipamentos e instalações para realização dos ensaios. Aos técnicos do laboratório: Severo e Washington pelo auxílio nos ensaios.
Ao professor André Pacheco de Assis do Departamento de Programa de Pós-Graduação em Geotécnica da Universidade pela ajuda com a análise estatística.
À Redimix, que cedeu os materiais utilizados na pesquisa para realização dos diferentes ensaios.
Um agradecimento especial a CAPES que contribuiu com uma bolsa de estudos durante os dois anos de mestrado.
A todos os meus amigos e familiares que contribuíram para que esta etapa se concretizasse, meus mais sinceros agradecimentos.
RESUMO
EMPREGO DE ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS E DE EXTRAÇÃO DE TESTEMUNHOS NA AVALIAÇÃO DA RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DO CONCRETO.
Autora: María del Pilar Guzmán Palacios Orientador: Elton Bauer
Programa de Pós-graduação em Estruturas e Construção Civil Brasília, Abril de 2012
Avaliar a resistência das estruturas tem sido objeto de muitas pesquisas, devido a ser cada vez mais frequentes os casos de obras que apresentam não conformidade com relação ao especificado no projeto. O método mais comumente utilizado na realização destas avaliações é a extração e rompimento de testemunhos, ainda que gerem danos consideráveis na estrutura. No entanto existe a possibilidade de considerar outras alternativas como os ensaios não destrutivos, principalmente quando são aferidos por curvas de correlação elaboradas com concretos usuais de cada região. Estes ensaios fornecem rapidez na execução, disponibilidade imediata dos resultados, menores custos, poucos o nenhum dano para a estrutura a ser ensaiada.
Este estudo visa avaliar a resistência à compressão de concretos dosados com materiais da região por meio de ensaios não destrutivos, em específico esclerometría, velocidade de onda ultrassônica e penetração de pino, além de avaliar a representatividade dos valores obtidos na extração de testemunhos de menores diâmetros (75mm e 50mm). Os ensaios mencionados foram realizados em laboratório, objetivando avaliar a variabilidade do ensaio e propor curvas de correlação para concretos com resistências característica de 30 MPa, 40MPa e 50 MPa.Com o estudo realizado em uma central de concreto constatou-se que os ensaios não destrutivos podem ser utilizados na estimativa da resistência a compressão, sempre que seja elaborada uma curva de correlação com os materiais utilizados, principalmente nos concretos de menores resistências que apresentaram maior variabilidade em seus resultados.
Palavras-chave: Resistência à compressão, Ensaios não destrutivos, Extração de testemunhos.
ABSTRACT
Non-destructive Testing Methods and Testing Cores on Estimating of Compressive Strength of concrete
Author: María del Pilar Guzmán Palacios Supervisor: Elton Bauer
Programa de Pós-graduação em Estruturas e Construção Civil Brasília, April of 2012
Estimating the compressive strength of the structures has been the subject of many research, due to increasingly instances of buildings that present non-compliance with specified in the project, the method most commonly used in performing these assessments is core testing, although it generates damage in the structure. Thus, the possibility arises to consider alternatives such as non-destructive testing when supported by correlation curves developed with materials used commercially in production de concrete. These testes provide speed of execution, immediate availability of results, lower costs and few damages on the tested structure. These factors allow performing a more comprehensive assessment.
This study aims to evaluate the compressive strength of concrete dosed with materials of the region through non-destructive testing methods as rebound hammer, ultrasonic pulse velocity method and pin penetration, besides evaluating the representativeness of the values obtained in cores of smaller diameters (75mm and 50mm). The tests mentioned were performed in the laboratory, to evaluate the variability of the test and propose correlation curves for concrete compressive strength of 30 MPa, 40MPa and 50 MPa. With the study in the concrete central was found that the non-destructive testing can be used to estimate the compressive strength, whenever a correlation curve obtained with the materials generally used, especially with lower strength that showed greater variability in the results.
SUMARIO 1 - INTRODUÇÃO ...1 1.1 - IMPORTÂNCIA DO TEMA...2 1.2 - OBJETIVOS ...3 1.2.1 - Objetivo Geral ...3 1.2.2 - Objetivos Específicos ...3 1.3 - ORGANIZAÇÃO DA DISSERTAÇÃO ...3 2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ...5 2.1 - ASPECTOS DO CONCRETO ...5
2.2 - RESISTÊNCIA A COMPRESSÃO E FATORES INTERVINIENTES ...7
2.2.1 - Parâmetros da mistura ...9
2.2.2 - Condições de cura ... 13
2.2.3 - Parâmetros de ensaio que afetam o resultado da resistência à compressão ... 14
2.3 - RESISTENCIA POTENCIAL E EFETIVA ... 19
2.4 - RESISTÊNCIA DO CONCRETO E SEGURANÇA DAS ESTRUTURAS ... 22
2.4.1 - Definição semi-probabilística de resistência ... 23
2.5 - MÉTODOS DE AVALIAÇÃO DO CONCRETO EM ESTRUTURAS ACABADAS ... 25
2.5.1 - Métodos de ensaios não destrutivos ... 26
2.5.1.1 - Método de velocidade de onda ultrassônica ... 27
2.5.1.2 - Método de dureza superficial (esclerometria) ... 37
2.5.1.3 - Método de resistência à penetração ... 44
2.5.2 - Correlação entre a resistência à compressão e as grandezas medidas nos ensaios não destrutivos em estudo ... 53
2.5.3 - Avaliação da resistência mediante extração de testemunhos ... 56
3 - PROGRAMA EXPERIMENTAL ... 64
3.1 - CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS ... 66
3.1.1 - Cimento e Escoria ... 67
3.1.2 - Agregado Graúdo ... 67
3.1.3 - Agregado Miúdo ... 68
3.1.4 - Aditivo ... 70
3.2 - COMPOSIÇÃO DOS CONCRETOS ESTUDADOS... 70
3.3 - MOLDAGEM E CURA DOS CORPOS-DE-PROVA ... 73
3.4.1 - Ensaio de resistência à compressão ... 75
3.4.1.1 - Procedimento adotado para obtenção do valor de resistência à compressão ... 76
3.4.2 - Ensaio de velocidade de propagação de ondas ultrassônicas ... 77
3.4.2.1 - Procedimento adotado para obtenção de velocidade de onda ultrassônica ... 77
3.4.3 - Ensaio do índice esclerométrico ... 78
3.4.3.1 - Procedimento adotado para obtenção de índice esclerométrico ... 79
3.4.4 - Ensaio de penetração de pinos... 80
3.4.4.1 - Procedimento adotado para obtenção de penetração de pino ... 80
3.4.5 - Extração e rompimento de testemunhos ... 82
3.4.5.1 - Procedimento adotado para obtenção da resistência à compressão de testemunhos ... 82
3.4.6 - Ensaio complementar de absorção por imersão ... 84
3.5 - ESTUDO REALIZADO NA CENTRAL DE CONCRETO – TESTE DAS CORRELAÇÕES ... 85
4 - RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 87
4.1 - ANÁLISE DOS RESULTADOS E SUA VARIABILIDADE ... 87
4.1.1 - Ensaio de resistência à compressão em cilindros (fcj) ... 87
4.1.2 - Ensaio de velocidade de propagação de ondas ultrassônicas ... 91
4.1.3 - Ensaio de esclerometria nos cilindros ... 95
4.1.3.1 - Ensaio de esclerometria nos prismas ... 97
4.1.3.2 - Ensaios de esclerometria realizado com diferentes níveis de carregamento ... 100
4.1.4 - Ensaio de penetração de pino ... 102
4.1.5 - Extração e rompimento de testemunhos ... 107
4.2 - RELAÇÕES ENTRE AS GRANDEZAS MEDIDAS NOS ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS E A RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO ... 112
4.2.1 - Correlação entre velocidade de onda ultrassônica e a resistência à Compressão ... 112
4.2.2 - Correlação entre índice esclerométrico e a resistência à compressão ... 114
4.2.3 - Correlação entre penetração de pino e a resistência à compressão ... 115 4.2.4 - Correlação entre Resistência à Compressão de corpos-de-prova moldados e extraídos 116
4.3 - APLICAÇÃO DO ENSAIO DE ESCLEROMETRÍA E PENETRAÇÃO
DE PINO NA CENTRAL DE CONCRETO ... 117
5 - CONCLUSÕES ... 120
5.1 - QUANTO AOS MÉTODOS ... 120
5.2 - QUANTO ÁS CORRELAÇÕES ... 122
5.3 - SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ... 123
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 125
APÊNDICES... ... ...134
APÊNDICE A - RESULTADOS OBTIDOS NOS ENSAIOS DE RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO E INDICE ESCLEROMETRICO EM CILINDROS ... 135
APÊNDICE B - RESULTADOS DO ENSAIO DE INDICE ESCLEROMETRICO E PENETRAÇÃO DE PINO ... 139
APÊNDICE C - RESULTADOS DO ENSAIO DE VELOCIDADE DE ONDA ULTRASSÔNICA EM CILINDROS E PRISMAS ... 149
APÊNDICE D - TESTE DE NORMALIDADE DE ANDERSON-DARLING... 155
APÊNDICE E - RESULTADOS DO ENSAIO DE RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DE TESTEMUNHOS ... 159
APÊNDICE F - RESULTADOS DE ENSAIO DE ABSORÇÃO POR IMERSSÃO... ... 163
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1- Representação do comportamento tensão-deformação do concreto
sobcompressão uniaxial (Glucklich 1968 apud Mehta e Monteiro, 2008) ...7 Figura 2.2- Fatores que influenciam a resistência do concreto ...9 Figura 2.3- Dependência entre a resistência e a relação a/c (NEVILLE, 1997)... 10 Figura 2.4- Influência da dosagem do cimento na resistência a compressão e flexão
(COUTINHO e GONÇALVES, 1994). ... 11 Figura 2.5- Influência das condições de cura sobre a resistência (Concrete Manual, 8th Ed., US. Bureau of Reclamation, 1981 apud Mehta e Monteiro, 2008). ... 14 Figura 2.6- Influência da relação altura/diâmetro sobre a resistência aparente de um
cilindro (NEVILLE,1997). ... 15 Figura 2.7- (a) Ruptura com atrito da placa. (b) O mesmo que em (a) no caso de um cubo. (c) Ruptura em compressão por descoesâo (COUTINHO e GONÇALVES,1994). ... 18 Figura 2.8- Provável distribuição dos esforços principais de tração que provocaram a ruptura num prisma sujeito à compressão e ao atrito no plano de contato com o sistema de aplicação de cargas (COUTINHO e GONÇALVES,1994). ... 18 Figura 2.9- Ruptura à compressão de concretos de baixa ou média resistência fck 40 MPa
(FUSCO, 2008). ... 19 Figura 2.10- Distribuição de densidade de freqüência relativa de resistência (PEREIRA, 2008). ... 20 Figura 2.11- Significado da resistência à compressão do concreto obtida através do
controle do concreto (HELENE e TERZIAN, 1993). ... 21 Figura 2.12- Diversidade de fatores influentes demonstrando a aleatoriedade do processo (HELENE e TERZIAN , 1993). ... 22 Figura 2.13- Esquema do aparelho para medir velocidade de onda ultrassônica ... 28 Figura 2.14- Configuração de medições de velocidade da onda ultrassônica. (a) Direta (b) Semi-direta (c) Indireta (MALHOTRA, 2004). ... 29 Figura 2.15- Esquema para a determinação da profundidade de fissura... 31 Figura 2.16- Influência de diferentes parâmetros na velocidade de onda ultrassônica
(TANYIDIZI e COSKUN, 2008) ... 32 Figura 2.17- (a) Tendência da velocidade de onda com incremento no teor de água
(RODRÍGUEZ E BONAL, 2002). (b) Evolução da velocidade de onda para concretos com diferentes relações água/cimento (LAWSON et al., 2011) ... 33 Figura 2.18- Influência do diâmetro máximo do agregado na velocidade de concretos com a/c=0,65 (MACHADO, 2005) ... 35 Figura 2.19- Tendência da velocidade com o tempo para diferentes corpos-de-prova submetidos a dois tipos de cura (CÂMARA, 2006). ... 36 Figura 2.20- Diagrama de operação do esclerômetro de reflexão (modificado ACI 228.1R-03, 2003)... 38
Figura 2.21- Influência do tipo de agregado graúdo na relação entre a resistência à
compressão e o índice esclerométrico (NEVILLE, 1997). ... 41
Figura 2.22- Influência do tipo de agregado no índice esclerométrico de concretos com relações água/cimento de: (a) a/c=0,65 e (b) a/c=0,40 (EVANGELISTA, 2002). ... 42
Figura 2.23- Influência da compacidade dos elementos no índice esclerométrico medido em três tipos de concretos (FERREIRA, 2011). ... 43
Figura 2.24- (a) Equipamento utilizado na penetração de pino (b) Leitura do comprimento do pino cravado... 45
Figura 2.25- Forma aproximada da zona danificada do concreto depois do ensaio ... 46
Figura 2.26- Variação da Penetração de pino devido ao tipo de pino e a carga utilizada obtidos por Machado A., (2005) (Modificado por Joffily, 2010). ... 48
Figura 2.27- Fissuração superficial causada por cravações sucessivas ... 48
Figura 2.28- (a) Penetração de pino realizada com potência alta. (b) Penetração de pino realizada com potência baixa (JOFFILY, 2010)... 49
Figura 2.29- Resistência à compressão em função do comprimento exposto do pino (PUNCINOTTI, 2009). ... 50
Figura 2.30- Gráfico de correlação resistência e penetração de pino separados por tipo de agregado e teor de argamassa (JOFFILY, 2010). ... 51
Figura 2.31- Influência do diâmetro máximo do agregado no valor de penetração nos concretos com relações água/cimento de (a) a/c=0,65 e (b) a/c=0,40 ... 51
Figura 2.32- Influência da umidade no ensaio de penetração de pino, (CÂMARA, 2006). 52 Figura 2.33- Curva de correlação entre resistência à compressão (fc) e penetração de pino (Lp) (MACHADO, 2005)... 54
Figura 2.34- (a) Procedimento de extração de testemunhos. (b) Testemunhos extraídos ... 57
Figura 2.35- Correlação de resistência entre corpos-de- prova padrão e testemunhos de (a) 50 mm de diâmetro (b) 75 mm de diâmetro (PUL et al., 2011). ... 59
Figura 2.36- Tendência da resistência à compressão dos testemunhos com diferentes relações h/d. ... 61
Figura 3.1- Diagrama das etapas do programa experimental realizado no laboratório ... 65
Figura 3.2- Diagrama das etapas do programa experimental realizado na central de concreto ... 66
Figura 3.3 - Diagrama de dosagem obtido do estudo no laboratório. ... 72
Figura 3.4- Composição em volume e parâmetros – traços padrões. ... 73
Figura 3.5- Corpos-de-prova utilizados para a realização dos diferentes ensaios: ... 74
Figura 3.6- Rotina do ensaio de resistência à compressão de cilindros utilizando almofada de neoprene confinada... 76
Figura 3.7- Rotina do ensaio de velocidade de onda ultrassônica. ... 78
Figura 3.8- Rotina do ensaio de índice esclerométrico em cilindros e prismas. ... 79
Figura 3.10- Rotina do ensaio de extração e rompimento de testemunhos. ... 83 Figura 3.11- Rotina do ensaio de absorção por imersão. ... 84 Figura 3.12- Rotina de coleta de amostras e moldagem de corpos-de-prova na central de concreto ... 86 Figura 4.1- Histograma dos valores de resistências à compressão na idade de 28 dias e curva de distribuição normal ajustada das séries (a)T-30, (b) T-40 e (c) T-50. ... 88 Figura 4.2- Modelo de evolução e previsão da resistência à compressão com a idade: séries T-30, T-40 e T-50. ... 89 Figura 4.3- Resistência média à compressão em função da relação água/aglomerante e das idades de 7 e 28 dias para as séries T-30, T-40 e T-50. ... 90 Figura 4.4- Histograma dos valores de velocidade de onda ultrassônica na idade de 28 dias e curva de distribuição normal ajustada das séries (a)T-30, (b) T-40 e (c) T-50 ... 92 Figura 4.5- Comparação de velocidade de onda ultrassônica entre cilindros e prismas. ... 93 Figura 4.6- Parâmetros de mistura relacionados com velocidade de onda ultrassônica. ... 95 Figura 4.7- Histograma dos valores de índice esclerométrico na idade de 28 dias e curva de distribuição normal ajustada das séries (a)T-30, (b) T-40 e (c) T-50. ... 96 Figura 4.8- Coeficientes de variação obtidos no ensaio de índice esclerométrico médio em cilindros aos 7 e 28 dias das séries T-30, T-40 e T-50. ... 97 Figura 4.9- Resultado de índice esclerométrico por face (prismas) para as três séries. ... 98 Figura 4.10 - Histograma dos valores de índice esclerométrico em prismas e curva de distribuição normal ajustada das séries (a)T-30, (b) T-40 e (c) T-50. ... 100 Figura 4.11- Parâmetros de mistura relacionados com índice esclerométrico. ... 102 Figura 4.12 - Histograma dos valores de penetração de pino na idade de 28 dias e curva de distribuição normal ajustada das séries (a)T-30, (b) T-40 e (c) T-50. ... 104 Figura 4.13- Resultado de índice esclerométrico por face para as três séries. ... 105 Figura 4.14- Parâmetros de mistura relacionados com penetração de pino. ... 106 Figura 4.15- Resistências médias à compressão dos corpos-de-prova (M) e dos
testemunhos (E) referentes às diferentes séries de concreto. ... 108 Figura 4.16- Coeficientes de variação dos corpos-de-prova moldados (M) e testemunhos (E) referentes ás séries T-30, T-40 e T-50 para idade de 28 dias. ... 109 Figura 4.17- Massa especifica obtida em corpos-de-prova moldados (M) e extraídos (E) para as diferentes séries de concreto. ... 111 Figura 4.18- Correlação entre massa especifica e resistência à compressão corpos-de-prova moldados e extraídos. ... 111 Figura 4.19- Correlação entre velocidade de onda ultrassônica e resistência à compressão de cilindros aos 28 dias. ... 113 Figura 4.20- Correlação entre velocidade de onda ultrassônica e resistência à compressão de cilindros. ... 115 Figura 4.21- Correlação entre velocidade de onda ultrassônica e resistência à compressão de cilindros. ... 116
Figura 4.22- Correlação entre resistências médias dos corpos-de-prova moldados e
resistência média de corpos-de-prova extraídos ... 117 Figura D.1 -Gráfico de probabilidade normal dos resultados de resistência à compressão das séries (a) T-30, (b) T-40 e T-50. ... 155 Figura D.2 Gráfico de probabilidade normal dos resultados de índice esclerométrico das séries (a) T-30, (b) T-40 e T-50. ... 156 Figura D.3 -Gráfico de probabilidade normal dos resultados de velocidade de onda das séries (a) T-30, (b) T-40 e T-50. ... 157 Figura D.4- Gráfico de probabilidade normal dos resultados de penetração de pino das séries (a) T-30, (b) T-40 e T-50. ... 158
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1- Valores de coeficientes γc e γs (NBR 6118:2007, item 12.4.1). ... 24
Tabela 2.2- Índices de qualidade estabelecidos para o concreto ... 30
Tabela 2.3- Equações propostas por diversos autores para a correlação entre resistência à compressão (fc) e velocidade de onda (V). ... 55
Tabela 2.4- Equações propostas por diversos autores para a correlação entre resistência à compressão (fc) e índice esclerométrico (IE). ... 55
Tabela 2.5- Equações propostas por diversos autores para a correlação entre resistência à compressão (fc) e penetração de pino (Lp). ... 56
Tabela 2.6- Fatores de correção devido à relação altura / diâmetro ... 60
Tabela 3.1- Análise físico-química do cimento CPV ARI e escoria de alto-forno ... 67
Tabela 3.2- Granulometria, índice de forma, material pulverulento e massa específica dos agregados graúdos. ... 68
Tabela 3.3- Composição granulométrica, material pulverulento e massa específica dos agregados miúdos. ... 69
Tabela 3.4- Propriedades do Aditivo. ... 70
Tabela 3.5- Traços e parâmetros de mistura empregados no estudo. ... 71
Tabela 3.6- Dureza e número de usos do neoprene (modificado ASTM1231:2000). ... 75
Tabela 3.7- Traços e consumo de materiais utilizados em massa/m³ de concreto. ... 85
Tabela 4.1- Resultados de resistência à compressão, desvio padrão e coeficiente de variação para as séries T-30, T-40 e T-50. ... 88
Tabela 4.2- Resultados de velocidade de onda ultrassônica nos corpos-de-prova, desvio padrão e coeficiente de variação para as séries T-30, T-40 e T-50. ... 91
Tabela 4.3- Resultados de Velocidade de onda ultrassônica em prismas aos 28 dias para as séries T30, T-40 e T-50 ... 93
Tabela 4.4- Resultados de índice esclerométrico obtido em cilindros para as séries ... 95
Tabela 4.5- Resultados de índice esclerométrico em prismas aos 28 dias. ... 98
Tabela 4.6- Resultados de índice esclerométrico obtido em cilindros para carregamento de 30% e 50% da carga aproximada de ruptura ... 101
Tabela 4.7- Resultados de penetração de pino para as séries T-30, T-40 e T-50. ... 103
Tabela 4.8- Parâmetros estatísticos básicos dos resultados de resistência à compressão para os diferentes corpos-de-prova moldados (M) e extraídos (E). ... 107
Tabela 4.9- Resumo de valores médios de resistência à compressão e massa especifica de e corpos-de-prova Moldados (M) e Extraídos (E). ... 110
Tabela 4.10- Coeficientes de determinação (r²) das regressões testadas para correlações entre velocidade de onda ultrassônica (V) e resistência à compressão (fc). ... 112
Tabela 4.11- Coeficientes de determinação (r²) das regressões testadas para correlações entre índice esclerométrico (IE) e resistência à compressão (fc). ... 114
Tabela 4.12- Coeficientes de determinação (r²) das regressões testadas para correlações
entre penetração de pino (Lp) e resistência à compressão (fc) ... 115
Tabela 4.13- Resultado de índice esclerométrico obtido nos prismas moldados na central e o valor estimado de resistência à compressão pela equação proposta. ... 118
Tabela 4.14- Resultado de penetração de pino obtido nos prismas moldados na central e o valor estimado de resistência á compressão pela equação proposta. ... 118
Tabela A.1 - Resultados de resistência à compressão e índice esclerométrico na idade de 7 dias série T-30. ... 136
Tabela A.2 - Resultados de resistência à compressão e índice esclerométrico na idade de 28 dias série T-30. ... 136
Tabela A.3 - Resultados de resistência à compressão e índice esclerométrico na idade de 7 dias série T-40. ... 137
Tabela A.4 - Resultados de resistência à compressão e índice esclerométrico na idade de 28 dias série T-40. ... 137
Tabela A.5 - Resultados de resistência à compressão e índice esclerométrico na idade de 7 dias série T-50. ... 138
Tabela A.6 - Resultados de resistência à compressão e índice esclerométrico na idade de 28 dias série T-50. ... 138
Tabela B.1 - Resultados de índice esclerométrico e penetração de pino- prisma 1 série T-30... 140
Tabela B.2 - Resultados de índice esclerométrico e penetração de pino- prisma 2 série T-30... 141
Tabela B.3 - Resultados de índice esclerométrico - prisma 3 série T-30. ... 142
Tabela B.4 - Resultados de índice esclerométrico e penetração de pino- prisma 1 série T-40... 143
Tabela B.5 - Resultados de índice esclerométrico e penetração de pino- prisma 2 série T-40... 144
Tabela B.6 - Resultados de índice esclerométrico - prisma 3 série T-40. ... 145
Tabela B.7 - Resultados de índice esclerométrico e penetração de pino prisma 1 série T-50. ... 146
Tabela B.8 - Resultados de índice esclerométrico e penetração de pino- prisma 2 série T-50... 147
Tabela B.9 - Resultados de índice esclerométrico - prisma 3 série T-50. ... 148
Tabela C.1 - Resultados de velocidade de onda ultrassônica na idade de 7 dias - cilindros série T-30. ... 150
Tabela E.1- Resultados de resistência à compressão em testemunhos Série T-30. ... 160
Tabela E.2- Resultados de resistência à compressão em testemunhos Série T-40. ... 161
Tabela E.3- Resultados de resistência à compressão em testemunhos Série T-50. ... 162 Tabela F.1- Resultados do ensaio de absorção por imersão das Série T-30, T-40 e T-50. 163
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
ACI American Concrete Institute
ASTM American Society for Testing and Materials
BS Normas Britanicas – “British Standards”
CP Corpo-de-prova
CP I Cimento Portland comum
CP II Cimento Portland composto
CP III Cimento Portland de Alto Forno CP IV Cimento Portland Pozolânico
CP V – ARI Cimento Portland DE Alta Resistência Inicial CP RS Cimento Portland Resistente à Sulfatos
NBR Norma Brasileira Registrada no INMETRO
NM Norma Mercosul
LISTA DE SÍMBOLOS
a/c relação água/aglomerante
cm centímetros
CV coeficiente de variação
Dmáx dimensão máxima do agregado
DP desvio padrão
Ed módulo de elasticidade dinâmico
fcj resistência média à compressão na idade de j dias fck resistência característica à compressão
fckest valor estimado da resistência característica à compressão
g grama
IE índice esclerométrico
kg quilograma
khz quilohertz
Lp comprimento de penetração de pino
m metros
mm milímetro
MPa mega pascal
ρ massa específica
s segundos
sd desvio padrão
µs micro-segundos
V velocidade de onda ultrassônica
1 - INTRODUÇÃO
A necessidade de avaliar a resistência à compressão do concreto surge por ser o principal parâmetro que permite avaliar a conformidade e comprovar que o concreto usado durante a execução da estrutura atende as exigências estabelecidas no projeto, considerando além que sua magnitude é influenciada por muitos fatores como transporte, lançamento, adensamento e cura.
Sendo a resistência à compressão uma propriedade do concreto que melhor o qualifica mecanicamente, permite detectar modificações na uniformidade, proporcionamento e natureza dos materiais por meio de sua variação. No controle tecnológico do concreto são utilizados corpos-de-prova normalizados moldados durante a execução da obra. Estes corpos-de-prova curados, adensados e ensaiados de acordo com as especificações das normas, fornecem a resistência potencial do concreto e diferem da resistência do concreto na estrutura devido a que o material tem sido submetido a outras condições de transporte, lançamento cura e adensamento.
Na avaliação da resistência in loco, existem diversos métodos que permitem avaliar estruturas de concreto. Dentre eles os ensaios não destrutivos, sendo os mais utilizados a velocidade de onda ultrassônica, esclerometria e penetração de pino (ainda não normatizado no Brasil).
Em termos dos requisitos gerais de qualidade da estrutura e determinação da conformidade da resistência que envolve indiretamente a questão de segurança e durabilidade das estruturas, a avaliação da resistência à compressão por meio destes ensaios torna-se uma ferramenta importante a ser considerada. A norma NBR 6118:2007 considera a necessidade de estimar a resistência por meio da extração e ensaio de testemunhos quando apresentar-se não conformidade no controle tecnológico para verificação da estrutura, visando sua aceitação.
1.1 - IMPORTÂNCIA DO TEMA
Avaliar a resistência à compressão do concreto na estrutura é uma das principais linhas de pesquisa de interesse de muitos pesquisadores entre eles Peterson, (1971); Cremonini e Helene, (1994); Tay e Tam, (1995); Bungey e Soutsos, (2001); Pinto et al (2004);
Pucinotti,(2009); Aydin e Saribiyik (2010); Helene, (2011) e Grupo de Pesquisas em
Ensaios Não Destrutivos (GPEND) do Instituto de Salvador de Bahia.
Durante as etapas de controle tecnológico pode–se determinar a resistência potencial do material obtida no ensaio de corpos-de-prova que têm sido moldados durante a concretagem, considerando condições ideais. No entanto, quando ocorre não conformidade da resistência outras alternativas se consideram viáveis, como o uso de ensaios não destrutivos que permitem estimar indiretamente a resistência por meio de curvas de correlação.
A extração e rompimento de testemunhos especificado pela norma brasileira NBR 6118:2007 Projeto de estruturas de concreto – Procedimento é o ensaio mais utilizado para avaliar a resistência à compressão na estrutura quando há necessidade de avaliação da não conformidade. No entanto o uso indiscriminado deste ensaio pode gerar danos consideráveis dependendo do diâmetro do testemunho extraído e da peça estrutural onde seja realizada a extração. Assim o uso de testemunhos de pequeno diâmetro se apresenta como alternativa viável neste procedimento.
O emprego de ensaios não destrutivos foi escolhido como tema deste trabalho devido à possibilidade de seu emprego na determinação indireta da resistência á compressão in loco acompanhados de testemunhos, usando curvas de correlação com materiais da região, dando continuidade às pesquisas sobre caracterização de concretos e avaliação de resistência realizadas por Evangelista (2002), Machado, (2005), Pinto et al (2004), Castro (2009), Joffily (2010).
Este trabalho encontra-se inserido na linha de pesquisa Sistemas Construtivos e Desempenho de Materiais do Programa de Pós-Graduação em Estruturas e Construção Civil do Departamento de Engenharia Civil e Ambiental da Universidade de Brasília.
1.2 - OBJETIVOS
1.2.1 - Objetivo Geral
Este trabalho tem como objetivo geral contribuir para uma melhor aferição das técnicas não destrutivas e extração de testemunhos na previsão da resistência à compressão do concreto; bem como verificar dispersões que podem afetar o resultado dos ensaios.
1.2.2 - Objetivos Específicos
Diante do que foi descrito, nesta pesquisa foram empregados a velocidade de onda ultrassônica, esclerometria, penetração de pino e extração e rompimento de testemunho de menores diâmetros na determinação da resistência à compressão, assim os objetivos específicos desta pesquisa são apresentados em sequencia:
Desenvolvimento, aperfeiçoamento e análises de variabilidade dos ensaios não destrutivos para avaliação da resistência à compressão do concreto, para concretos C30, C40 e C50.
Obter curvas de correlação específicas com materiais usados na região, utilizando para tal, concretos com composições semelhantes às utilizadas comercialmente. Testar as curvas de correlação obtidas por meio de ensaios em laboratório,
utilizando concretos fornecidos por uma central de concreto.
Avaliação da resistência à compressão por meio de extração de testemunhos de 75 mm e 50 mm de diâmetro e verificar sua influência sobre valor médio das resistências e representatividade.
1.3 - ORGANIZAÇÃO DA DISSERTAÇÃO
A dissertação encontra-se estruturada em cinco capítulos, sendo este o primeiro deles, que contempla a introdução, além de apresentar a importância do tema e os objetivos da pesquisa.
O segundo capítulo apresenta uma revisão da bibliografia com relação aos temas de resistência e tecnologia do concreto, ensaios não destrutivos e destrutivos. No terceiro capítulo, descreve-se o programa experimental desenvolvido, além da caracterização dos materiais e metodologias utilizadas para realização dos ensaios.
Os resultados e discussão são apresentados no capítulo quatro. Neste são encontrados os dados e análises realizadas para os resultados dos ensaios de resistência à compressão, velocidade de onda ultrassônica, esclerometria, penetração de pino e extração e rompimento de testemunhos.
No quinto e último capítulo são apontadas as principais conclusões e sugestões para pesquisas futuras. Finalmente serão apresentada a Bibliografia e Anexos.
2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 - ASPECTOS DO CONCRETO
O concreto é um dos materiais mais utilizados no mundo devido a suas diversas características entre elas economia, durabilidade e resistência. Considerado como um material compósito constituído essencialmente por três fases, uma matriz de pasta de cimento, outra de agregados e a zona de transição entre matriz e agregado. É frequente que ao concreto se adicionem diversos aditivos para modificar suas características em estado fresco ou endurecido.
Uma das características mais importantes do concreto no estado fresco é a trabalhabilidade que determina o esforço necessário para a realização das operações de lançamento, adensamento e acabamento do concreto com perda mínima de homogeneidade que está influenciada pelo consumo de água, consumo de cimento, características dos agregados aditivos e adições.
Duas das propriedades que definem a trabalhabilidade são a consistência e a coesão. A primeira indica a capacidade do concreto de resistir deformações sob a ação da sua própria massa e é medida através do ensaio de abatimento de tronco de cone, e coesão que indica a capacidade de retenção de água e retenção dos agregados graúdos na pasta sendo uma propriedade medida qualitativamente.
Guimarães (2005) define a segregação como a perda de uniformidade da distribuição dos componentes do concreto fresco, principalmente nas etapas de transporte, lançamento e adensamento. Pode-se identificar duas formas de segregação: uma é a tendência de os agregados maiores sedimentar mais do que as partículas menores, outra é a tendência da pasta do concreto se separar dos agregados . A primeira é uma característica das misturas pobres e muito secas (pode-se evitar a segregação adicionando-se água). No caso de uma adição excessiva de água pode ocorrer a segunda forma de segregação.
A exsudação é a separação de parte da água de mistura do concreto, a qual tende a subir para a superfície do concreto recém-adensado. Parte dessa água acumula-se na parte inferior dos agregados graúdos e das barras de aço, prejudicando a aderência e resistência final do concreto.
O concreto, no seu estado endurecido pode estar submetido a esforços de compressão, tração ou cisalhamento. A resistência à tração é da ordem de 10%, da resistência à compressão. Sob tração, basta uma energia relativamente baixa para o inicio e o desenvolvimento de fissuras na matriz. A progressão rápida e a interligação do sistema de fissuração, que consiste em fissuras pré-existentes na zona de transição e novas fissuras formadas na matriz, contribuem para a ruptura frágil (MEHTA e MONTEIRO, 2008).
Ao contrario do agregado e de algumas pastas de cimento, o concreto não é um material elástico. A deformação resultante da ação de uma carga instantânea em um corpo-de-prova de concreto mostra não ser diretamente proporcional à tensão aplicada, nem é totalmente recuperado no descarregamento.
O concreto, quando submetido ao ensaio de compressão pode ter seu comportamento diferenciado em quatro níveis de solicitação, definidos em porcentagem da resistência máxima como apresentado na Figura 2.1.
No primeiro estágio, para níveis próximos de 30 % da carga última as fissuras da zona de transição (agregado-pasta) permanecem estáveis; posteriormente acima de 30%, com tensão crescente as microfissuras aumentam em comprimento, abertura e quantidade. No entanto até cerca de 50% da tensão última (estágio 2) ainda a fissuração da matriz é insignificante; já no nível cerca de 75 % da carga última o sistema de fissuração na zona de transição fica instável e ocorre um aumento do número de fissuras na matriz. A curva tensão-deformação inclina consideravelmente para a horizontal (estágio 3). Entre 75% e 80% da carga última (estágio 4), a taxa de liberação de energia de deformação alcança um nível crítico, resultando um crescimento espontâneo das fissuras sob tensão constante e o material se deforma até a ruptura (MEHTA e MONTEIRO, 2008)
Figura 2.1- Representação do comportamento tensão-deformação do concreto sobcompressão uniaxial (Glucklich 1968 apud Mehta e Monteiro, 2008)
2.2 - RESISTÊNCIA A COMPRESSÃO E FATORES INTERVINIENTES
De acordo com Ozyildirim e Carino, (2006) a resistência de compressão axial é considerada a propriedade mais importante do concreto principalmente por três razões: porque é um indicador direto da sua capacidade para resistir esforços em estruturas como foi anteriormente mencionado sejam eles de tração, cisalhamento, compressão ou combinações destes. Em segundo lugar os ensaios de resistência à compressão são relativamente fáceis de realizar. Em quanto a que o ensaio é realizado em corpos-de-prova padronizados. Também são padronizados a moldagem, o tempo em que os corpos-de-prova ficam nas fôrmas, tempo e tipo de cura depois de desmoldados e velocidade de carregamento. Finalmente, podem ser desenvolvidas correlações com outras propriedades cujos ensaios resultam mais complicados de ser realizados.
Qualquer modificação na uniformidade, natureza e proporcionamento dos materiais poderá ser indicada por uma variação na resistência, assim a resistência à compressão é uma propriedade muito sensível, capaz de indicar com prestezas as variações de qualidade de um concreto.
Por meio do ensaio de resistência à compressão axial pode-se realizar o controle tecnológico do concreto devido à facilidade de execução do ensaio aliado das múltiplas informações que fornece.
“É imprescindível que o controle tecnológico dos materiais e serviços esteja contido em um controle mais amplo, que permita alcançar o objetivo de realizar uma obra segura e econômica” (PEREIRA, 2008). Segundo Helene e Terzian, (1993) o objetivo do controle da resistência à compressão do concreto é a obtenção de um valor potencial, único e característico da resistência à compressão de certo volume de concreto, a fim de comparar esse valor com aquele que foi especificado no projeto estrutural (fcke), consequentemente,
tomado como referencia para o dimensionamento da estrutura.
Segundo a NBR 8953:2009 o concreto é classificado em dois grupos de resistência à compressão. Nos grupos os concretos com massa especifica compreendida entre 2.000Kg/m³ e 2.800Kg/m³ são designado pela letra C seguida de um número que representa a resistência característica (fck), definidos como:
Grupo I: C20, C25, C30, C35, C40, C45 e C50. Grupo II: C55, C60, C70, C80, C100
Os concretos do grupo I apresentam resistências de 10 MPa até 50 MPa e os concretos do grupo II apresentam resistências de 55 MPa até 80 MPa
Muitos são os fatores que influenciam a resistência mecânica do concreto. Entre eles resistências das fases componentes, parâmetros do corpo-de-prova e parâmetros de carregamento, como observado na Figura 2.2, as quais serão abordadas a seguir.
Figura 2.2- Fatores que influenciam a resistência do concreto (MEHTA e MONTEIRO, 2008).
A resistência do concreto é resultado de interações complexas entre vários fatores que podem ser divididos em três categorias: parâmetros da mistura, condições de cura e parâmetros de ensaio.
2.2.1 - Parâmetros da mistura
A relação água/cimento é o parâmetro que mais influencia a resistência do concreto. Em 1919, Duff Abrams estabeleceu uma relação (lei de Abrams) segundo a qual a resistência de um concreto plenamente adensado é inversamente proporcional à relação água/cimento expressado na Equação 2.1.
Onde,
fc: resistência à compressão em MPa
a/c : relação água/ cimento
K1 e K2 : constantes que dependem dos materiais e idade do concreto
Na Figura 2.3, é mostrada a forma geral da curva que representa a dependência entre a resistência á compressão e a relação água/cimento.
Figura 2.3- Dependência entre a resistência e a relação a/c (NEVILLE, 1997).
Vale ressaltar que, em concretos de baixas e médias resistências dosadas com uso de agregado comum, é válida a relação proposta por Abrams. No caso dos concretos de alta resistência, essa relação não se comprova em sua totalidade, uma vez que a resistência pode ser desproporcionalmente elevada para pequenas reduções na relação água/cimento (MEHTA e MONTEIRO, 2008).
Tanto a relação água/cimento quanto o grau de hidratação do cimento determinam a porosidade da pasta de cimento endurecida. Sob condições padrões de cura, o cimento Portland CP V- ARI (alta resistência inicial) hidrata-se mais rapidamente que cimento CP I (comum). Devido a maior finura e a maior teor de C3S em seu clínker.
De acordo com Mehta e Monteiro (2008), o cimento utilizado pode influenciar no aumento de resistência, assim como na velocidade das reações químicas envolvidas no processo de hidratação. O CP III (com escória), que é mais fino hidrata mais rapidamente do que outros tipos, assim nas primeiras idades (1,3 e 7 dias) e a uma dada relação água/cimento o concreto terá uma porosidade mais baixa, e de modo correspondente uma resistência mais alta. Por outra lado em comparação aos cimentos CPI, CPII e CPIII, as taxas de hidratação e desenvolvimento da resistência com cimentos CPIV e CPV são mais lentos até 28 dias, depois dessa idade o grau de hidratação é semelhante.
Coutinho e Gonçalves (1994), estabelecem que o conteúdo de cimento influi do modo indicado na Figura 2.4.Pode-se dizer que para dosagens compreendidas ente 200 Kg/m³ e 400 Kg/m³, a resistência do concreto, por cada 50Kg/m³ de aumento da dosagem de cimento sobem, em medida, de 20% na compressão e de 10% na flexão . Estes crescimentos pressupõem, que a natureza do cimento, a trabalhabilidade e as condições de cura se mantêm constantes. Assim, ao aumentar consumo de cimento e mantendo o consumo de água diminuirá a relação água/cimento. Também ocorrerá maior quantidade de hidratos formados em função do maior consumo de cimento.
Figura 2.4- Influência da dosagem do cimento na resistência a compressão e flexão (COUTINHO e GONÇALVES, 1994).
Com relação aos agregados utilizados no concreto, Mehta e Monteiro (2008), concluem que a resistência do agregado normalmente não é um fator determinante na resistência do concreto porque à exceção dos agregados leves, a partícula do agregado é, varias vezes, mais resistente que a matriz e a zona de transição.
Segundo Jacintho e Giongo (2005), concretos com partículas de agregados graúdos maiores, para o mesmo teor de cimento e mesma consistência, requerem menos água de amassamento do que concretos com partículas menores. Contudo, partículas grandes tendem a formar zonas de transição mais fracas, contendo mais microfissuras. O efeito resultante variará com a relação água/cimento do concreto e a tensão aplicada.
Neto (2005) cita que distribuição granulométrica do agregado graúdo, mantendo constante a dimensão máxima e a relação água/cimento, quando alterada, pode influenciar a resistência do concreto devido à alteração da consistência e da exsudação da mistura. Assim, deve-se buscar uma distribuição granulométrica equilibrada que resultará em concretos mais trabalháveis e econômicos, além de proporcionar uma estrutura interna do concreto mais fechada, com menos vazios, e uma maior dificuldade de penetração dos agentes agressivos.
A textura do agregado pode afetar principalmente a resistência do concreto a flexão nas primeiras idades. Uma textura mais áspera propicia uma melhor aderência física entre a pasta de cimento e o agregado. Porém, em idades mais avançadas, esse efeito pode não ser tão importante (MEHTA e MONTEIRO, 2008).
Por outra parte, o uso de aditivos permite modificar propriedades do concreto, para que possa responder as necessidades exigidas pelos usuários, bem como fabricar concretos mais duráveis e aumentar o rendimento da produção.
Os aditivos geralmente, usados no concreto permitem melhorar a trabalhabilidade, os tempos de pega, a densidade, a resistência mecânica o acabamento e especialmente sua durabilidade, entre outras como diminuir o custo do concreto (considerando todo o conjunto de operações de produção e colocação em obra), por aumentar rendimento, por facilitar a colocação em obra e por permitir a retirada de formas em períodos mais curtos de tempo (MARTIN, 2005).
Os aditivos redutores de água, geralmente têm influência positiva nas taxas de hidratação do cimento e desenvolvimento de resistências iniciais, para uma dada relação água/cimento. Entretanto, consumos acima do recomendado pelo fabricante resultam em retardo de pega e resistência iniciais muito baixas.
Os aditivos retardadores ou aceleradores têm maior influencia no ganho da taxa de resistência, porém as resistências finais podem ser afetadas; ainda, a utilização de adições pozolânicas apresenta um efeito retardador sobre as resistências iniciais, porém a reação da adição mineral com o hidróxido de cálcio produzindo silicato de cálcio leva a uma redução da porosidade da matriz e da zona de transição. Como consequência, obtêm-se um concreto mais impermeável e melhor resistência final (RIXOM e MAILVAGANAN, 1999).
2.2.2 - Condições de cura
O processo de cura úmida deve ser realizado para evitar a perda precoce da água nas idades iniciais da mistura, que possa gerar microfissuras levando como consequência a uma queda na sua resistência.
A presença de água nos poros do cimento hidratado é uma condição para a sua hidratação contínua e, por tanto, para o aumento da tensão de ruptura. Devido ao fenômeno da condensação capilar, a quantidade de água livre no interior do concreto é função da umidade relativa do ar. Por isso, a progressão da resistência é diferente conforme a conservação seja feita na água ou no ar com diversas umidades relativas (COUTINHO e GONÇALVES, 1994)
Nos concretos elaborados com cimentos mais finos e cimentos com diversificadas adições minerais (escória de alto-forno, materiais pozolânicos, cinzas volantes, microssílica) este processo é ainda mais importante devido a que em geral, entre 50 e 70 % da retração total do concreto ocorre nos 7 primeiros dias. (THOMAZ, 2005).
Na Figura 2.5se apresenta a influência da cura sobre a resistência do concreto. Pode-se observar a evolução da resistência à compressão em função do grau de hidratação para diferentes tipos de curas. Assim se evidenciam maiores resistência no concreto submetido à cura continua que no concreto curado ao ar.
Figura 2.5- Influência das condições de cura sobre a resistência (Concrete Manual, 8th Ed., US. Bureau of Reclamation, 1981 apud Mehta e Monteiro, 2008).
2.2.3 - Parâmetros de ensaio que afetam o resultado da resistência à compressão
Dentro destes parâmetros é considerado geometria, condições de moldagem, condição de topos, umidade do corpo-de-prova, além das condições de aplicação de carga (influencia das máquinas de ensaios) e velocidade de carregamento.
Alguns fatores dificultam o estabelecimento de uma relação numérica precisa com relação às dimensões dos corpos-de-prova para a mensuração da resistência. Um fator é o aumento significativo do atrito existente entre o prato da prensa e o corpo-de-prova, com o acréscimo nas dimensões do mesmo (COUTINHO e GONÇALVES, 1994). A NBR 5739: 2007 estabelece que o ensaio de resistência à compressão seja realizado em corpos-de- prova que atendam relação altura/diâmetro nunca maior do que 2,02 e em caso de esta relação ser menor de que 1,94 efetuar a devidas correções disposta na citada norma.
Quanto maior esta relação, menor será a resistência do corpo-de-prova conforme mostrado na Figura 2.6.
Figura 2.6- Influência da relação altura/diâmetro sobre a resistência aparente de um cilindro (NEVILLE,1997).
Outro ponto é a necessidade de um equipamento que permita controlar os níveis de carga sem influenciar na dinâmica do rompimento, pois os níveis de carga podem se elevar a níveis nos quais não se pode garantir a indeformabilidade da prensa (COUTINHO e GONÇALVES, 1994).
No referente à condição dos topos a NBR 5738: 2003 faz referencia a preparação das bases do corpo-de-prova antes da realização do ensaio como imprescindível, visando tornar as superfícies planas e perpendiculares ao eixo longitudinal deste. Assim a superfície dos topos pode ser regularizada com pasta de cimento, retificação ou capeamento.
O capeamento consiste no revestimento dos topos dos corpos-de-prova com um material apropriado, com as seguintes características:
Aderência ao corpo-de-prova;
Compatibilidade química com o concreto; Fluidez, no momento de sua aplicação;
Acabamento liso e plano após endurecimento;
Resistência à compressão compatível com os valores normalmente obtidos em concreto.
O capeamento com enxofre vem sendo substituído ao longo do tempo devido ao risco de inalação do gás dióxido de enxofre (SO2) que é formado como produto da combustão é
altamente tóxico e irritante para as mucosas das vias respiratórias. Assim outras alternativas vêm sendo utilizadas, como as almofadas de neoprene, classificado como capeamento não colado, que podem ser usadas confinadas ou não confinadas.
Ainda que o capeamento com almofada de neoprene não seja especificado na norma brasileira, é o método mais usado e existem diversas pesquisas que permitem demonstrar a compatibilidade com os tradicionais. A norma americana ASTM 1231/C 1231M (2000) – Standard Practice for Use of Unbonded Caps in theDetermination of Compressive Strength of Hardened Concrete Cylinders, prevê as limitações quanto a carga aplicada, espessura, procedimentos e número de reutilizações de cada almofada.
A condição de carregamento tem uma influencia significativa na resistência, assim quanto mais lentamente aumenta a tensão aplicada tanto menor será a resistência, pelo menos dentro do intervalo do tempo que se considera nos ensaios correntes do concreto. Este resultado, que é uma propriedade geral dos materiais, deve-se ao aumento da deformação com o tempo, provocado pela fluência.
Jones e Richart (apud Mehta e Monteiro, 2008 pp 59), porém concluíram que o efeito da velocidade de carregamento sobre resistência comparando os dados do ensaio da ASTM C 469, que requer uma velocidade de carregamento de 0,25 MPa/s para compressão axial, a velocidade de carregamento de 0,007MPa/s reduz a resistência indicada dos corpos-de-prova em cerca de 12%. Por outro lado uma velocidade de carregamento 6,9 MPa/s aumenta a resistência indicada em valor similar.
A NBR 5739:2007 estabelece que a carga de ensaio deve ser aplicada continuamente e sem choques, com a velocidade de carregamento de (0,45 ±0,15) MPa/s , constante durante todo o ensaio e deve cessar quando houver uma queda de força que indique sua ruptura.
Referente à ruptura dos corpos-de-prova a mencionada norma no Anexo A apresenta 7 tipos:
Tipo A- Cônica e cônica afastada 25 mm do capeamento Tipo B- Cônica e bipartida e cônica com mais de uma partição Tipo C- Colunar com formação de cones
Tipo D- Cônica e cisalhada Tipo E- Cisalhada
Tipo F- Fraturas no topo e/ou na base abaixo do capeamento Tipo G-Similar ao tipo F com fraturas próximas ao topo
De maneira general Coutinho e Gonçalves (1994) apresentam três tipos de ruptura do corpo-de-prova: ruptura por compressão sujeita ao efeito do atrito entre a placa através da qual se aplica a compressão e o topo do corpo-de-prova de ensaio, ruptura por compressão arranque ou descoesão e ruptura cujo plano é inclinado em relação a direção da compressão, aparentemente por corte.
Quando a distribuição das cargas de compressão é rigorosamente uniforme, a ruptura que se verifica é sempre a que está indicada na Figura 2.7 (a). Entretanto, devido à restrição da deformação lateral do corpo-de-prova, imposta pelos apoios do equipamento de ensaio, há formação de pirâmides com base no topo do prisma e vértice a uma distância igual à maior dimensão da base, que atuam como cunhas à medida que o esforço de compressão é aplicado. Como resultado, observa-se uma ruptura combinada com fendas paralelas ao esforço de compressão proveniente provenientes da ação da cunha. Quando a altura de corpo-de-prova é menor, da ordem de grandeza das dimensões transversais, a formação da ruptura se apresenta como na Figura 2.7 (b).
(a) (b) (c)
Figura 2.7- (a) Ruptura com atrito da placa. (b) O mesmo que em (a) no caso de um cubo. (c) Ruptura em compressão por descoesâo (COUTINHO e GONÇALVES,1994).
A explicação desta forma de ruptura decorre também dos ensaios de Farrar (apud Coutinho e Gonçalves, 1994, p.32), segundo os quais a inclinação das pirâmides e consequência da direção da tensão principal de tração resultante da composição da força de atrito com a tensão de compressão aplicada conforme observado na Figura 2.8.
Figura 2.8- Provável distribuição dos esforços principais de tração que provocaram a ruptura num prisma sujeito à compressão e ao atrito no plano de contato com o sistema de
aplicação de cargas (COUTINHO e GONÇALVES,1994).
Assim, quando o atrito é atenuado pela aplicação de uma camada de parafina às superfícies de contato, o corpo-de-prova não tem a sua expansão lateral impedida, e rompe com fendas verticais em todo o comprimento, conforme Figura 2.7 (c). Pode-se observar comportamento semelhante, quando a tensão de ruptura do corpo-de-prova é elevada ou os apoios do equipamento de ensaio são muito deformáveis.
Segundo Fusco (2008), na ruptura macroscópica final, o verdadeiro modo de ruptura ocorre com fraturas em planos paralelos ao campo de compressão, gerando uma microfissuração generalizada com tendência ao esboroamento, no caso de concretos de baixa ou média resistência, conforme observado na Figura 2.9. Já em concretos de alta resistência não ocorre o processo de microfissuração progressiva e a ruptura se dá de modo explosivo e o concreto passa então a se comportar como um material nitidamente frágil.
Verdadeiro modo Falso modo
Figura 2.9- Ruptura à compressão de concretos de baixa ou média resistência fck 40 MPa
(FUSCO, 2008).
Fusco (2008) denomina como falso modo de ruptura aquele decorrente do atrito dos apoios do equipamento de ensaio com os topos dos corpos-de-prova, restringindo sua deformação lateral.
2.3 - RESISTENCIA POTENCIAL E EFETIVA
Anteriormente foi discutido que a resistência à compressão é a propriedade mais representativa da qualidade do concreto, por ser um parâmetro sensível à mudança nos parâmetros de misturas. O valor da resistência a compressão é obtida por meio de um ensaio padronizado no Brasil pela norma NBR 5739:2007. Este ensaio é de curta duração, empregando-se corpos-de-prova cilíndricos que geralmente são de 10 cm de diâmetro e 20 cm de altura.
A resistência característica à compressão do concreto (fck), é uma medida estatística que
engloba a media e a dispersão dos resultados permitindo definir e qualificar um concreto através de apenas um único valor característico. Segundo a norma NBR 6118:2007 a resistência característica é adotada como valor referencial pelo projetista estrutural e admite que 95% do volume de concreto avaliado tenha resistência à compressão acima desse valor como mostrado na Figura 2.10. Este valor é utilizado para cálculos de dimensionamento, verificação do projeto e garantia de durabilidade, desde que a produção do concreto seja homogênea e seus valores fizerem parte de uma população de distribuição normal.
Figura 2.10- Distribuição de densidade de freqüência relativa de resistência (PEREIRA, 2008).
Assim conhecendo valor característico da resistência a compressão e o desvio padrão (Sd) de um lote de concreto, o valor média (fcm ), a sua resistência de referencia é o dado pela
equação 2.2.
Equação 2.2
Sendo:
fck= Resistência característica com 95% de probabilidade de ser superado
fcm= Resistência média do concreto á compressão obtida a j dias
A resistência potencial do concreto é determinada como a maior resistência à compressão alcançada pelo material quando se aperfeiçoa todas as condições de cura e, adensamento, lançamento e transporte. A resistência potencial é o valor de referência para definição da resistência característica (fck ). A resistência real ou efetiva do concreto é o valor obtido da
própria estrutura aos 28 dias de idade e esta submetido às características inerentes à produção das peças estruturais (diferenças de geometria, cura, adensamento e segregação interna).
Na Figura 2.11 se mostra um esquema simplificado sobre o significado da resistência real e potencial do concreto.
Figura 2.11- Significado da resistência à compressão do concreto obtida através do controle do concreto (HELENE e TERZIAN, 1993).
De um lado verifica-se a resistência efetiva do concreto aplicado na obra, material submetido às diferentes operações pertinentes a execução e do outro lado tem-se o concreto obtido de amostras para ensaio e controle. Neste caso o material é submetido a operações de ensaios padronizados que visam mensurar a resistência potencial do concreto (HELENE e TERZIAN, 1993).
2.4 - RESISTÊNCIA DO CONCRETO E SEGURANÇA DAS ESTRUTURAS
A análise da resistência à compressão em estruturas é complexa porque envolve, indiretamente, a questão da segurança das estruturas de concreto que dependem, entre outros fatores, da resistência à compressão do concreto e envolve em sua análise a participação de diferentes equipes multidisciplinares (HELENE, 2011).
A Figura 2.12 mostra a diversificação dos fatores que influem na resistência à compressão do concreto da estrutura e a visualização da pequena parte que é controlada através dos métodos de controle tecnológico de concreto.
Figura 2.12- Diversidade de fatores influentes demonstrando a aleatoriedade do processo (HELENE e TERZIAN , 1993).
Analisando isoladamente o concreto como material participante dos processos de execução e controle, este possui diversos fatores de variabilidade desde a heterogeneidade dos materiais até o transporte, lançamento, adensamento e cura do concreto na obra. Não está implícito que ao fazer o controle da resistência à compressão resultará uma estrutura de alta qualidade, atendendo integralmente ao projeto. O controle estatístico da resistência á compressão que utiliza as técnicas de controle de qualidade de um produto é um dos recursos, sem duvida o mais importante, porém apenas um recurso de controle tecnológico das estruturas.
De acordo com Helene (2010), analisar a segurança de uma estrutura acabada é muito mais complexo que introduzir a segurança no projeto de uma estrutura nova. Requer inspeção e vistoria criteriosa, pois no coeficiente de minoração da resistência do concreto entra o prumo, a excentricidade, os ninhos de concretagem, as diferenças de adensamento, de cura e outras, acompanhado de bom senso, conhecimento de tecnologia de concreto, conhecimento dos fundamentos da segurança estrutural, conhecimento do projeto, das cargas permanentes e acidentais, dos procedimentos de ensaio de campo, dos procedimentos de ensaio em laboratório, de análise dos resultados, etc.
No referente aos critérios de aceitação do concreto da estrutura a NBR 6118:2007 se refere no sub-item 25.3.1 “No caso de existência de não-conformidade devem ser adotadas as seguintes ações corretivas:
a) Revisão do projeto para determinar se a estrutura, no todo ou em parte, pode ser considerada aceita, considerando os valores obtidos nos ensaios;
b) No caso negativo, devem ser extraídos e ensaiados testemunhos conforme disposto na norma NBR 7680:2007, se houver também deficiência de resistência do concreto cujos resultados devem ser avaliados de acordo com a NBR 12655:2006, procedendo-se a seguir a nova verificação da estrutura visando sua aceitação, podendo ser utilizado o disposto em 12.4.1 da NBR 7680:2007 ( γc=1,27)
c) Não sendo finalmente eliminada a não-conformidade, aplica-se o disposto em 25.3.3 “determinar as restrições de uso da estrutura; providenciar o projeto de reforço; decidir pela demolição parcial ou total”. Há casos em que pode também ser recomendada a prova de carga desde que não haja risco de ruptura frágil.
2.4.1 - Definição semi-probabilística de resistência
O dimensionamento das estruturas de concreto evoluiu consideravelmente passando do método determinista das tensões (1931 a 1960), para o semi - probabilístico, a partir de 1978, utilizado atualmente em vários países do mundo. Neste método tanto as ações como a resistência dos materiais são consideradas grandezas aleatórias, variando segundo
determinadas distribuições de probabilidade, sendo representadas por um valor característico para balizamento. Este valor é uma medida estatística que considera a média e a dispersão dos resultados. Quando relacionados às resistências dos materiais, estas deverão apresentar probabilidade de 95% de ser superadas, enquanto as ações os valores devem ser inferiores ao valor característico adotado. O método adotado consiste na aplicação de dois coeficientes de majoração das ações e processos de calculo γf e o de
minoração da resistência dos materiais γm. A consideração de coeficientes distintos para
ações e resistência permite que, em casos onde houver um maior controle e conhecimento sobre as incertezas e variabilidade dos fatores que afetam cada uma das distribuições (ações e resistência), estes coeficientes podem ser reduzidos.
O coeficiente relativo às cargasγf, segundo NBR 6118:2007 esta dividido em três parcelas:
γf1= considera a variabilidade das ações;
γf2= considera a simultaneidade de atuação das ações;
γf3= considera os desvios gerados na construção e as aproximações feitas em projeto de
ponto de vista das solicitações
O coeficiente relativo à resistência dos materiais γm , sendo considerado γs para o aço e γc
para o concreto também são divididos em três parcelas:
γm1= considera a variabilidade da resistência dos materiais envolvidos;
γm2= considera a diferença entre a resistência do material obtida no corpo-de-prova e na
estrutura;
γm3= considera os desvios gerados na construção e as aproximações feitas em projeto de
ponto de vista das resistências
Os valores dos coeficientes para verificação são indicados na Tabela 2.1:
Tabela 2.1- Valores de coeficientes γc e γs (NBR 6118:2007, item 12.4.1).
Combinações Concreto (γc) Aço (γs)
Normais 1,4 1,15
Especiais ou de construção 1,2 1,15
